Nobelföreläsningar om decenniers sökande efter immunförsvarets väktare
Nobelpristagarna Mary Brunkow, Fred Ramsdell och Shimon Sakaguchi upptäckte hur immunsystemet behåller sin balans. Denna kunskap lägger grunden för nya behandlingar mot autoimmuna sjukdomar som typ 1-diabetes, MS och cancer. Inför ett fullsatt Aula Medica skildrade de decennier av utmaningar och framgångar som lett fram till världens mest eftertraktade forskningspris.
Aula Medicas scen är smyckad med tända julgranar och från fonden blickar de tre pristagarnas porträtt mot salen. I raden bakom hörs frågan ”Vad är grejen med ufot?!”.
Svaret är att det som syns i vänstra hörnet av bilden inte är ett rymdskepp utan en regulatorisk T-cell, den ordningsvakt som har en nyckelroll i årets pris.
Den tusenhövdade publiken hälsade välkommen av Karolinska Institutets rektor Annika Östman Wernerson innan Nobelkommitténs ordförande professor Gunilla Karlsson Hedestam tog ordet.
– De upptäckter vi kommer att få höra om är grundläggande för vår förståelse av hur immunsystemets försvar hålls i schack, sa professor Gunilla Karlsson Hedestam och beskriver mötet mellan två forskningsfält – cellulär immunologi och molekylär genetik.
– När bitarna lades samman ledde de till definitionen av regulatoriska T-celler, som skiljer sig från andra immunceller genom att de inte attackerar, utan dämpar immunreaktioner.
Shimon Sakaguchi om hur reglering av T-celler öppnar för nya behandlingsstrategier
Först ut var Shimon Sakaguchi som tackade Nobelkommittén och Nobelförsamlingen för äran att belönas tillsammans med de andra två forskarna. Han beskrev deras väg mot upptäckterna rörande ”perifer immuntolerans”.
Immunsystemet skyddar oss mot mikroorganismer, men ska inte angripa kroppens egna celler och vävnader.
– Vid förra sekelskiftet myntade Paul Ehrlich uttrycket “the horror autotoxicus”, alltså skräcken för självtoxicitet. Han menade att det måste finnas regulatoriska mekanismer som skyddar kroppen från autoimmunitet, sa Shimon Sakaguchi.
En mekanism är att de omogna immunceller som känner igen kroppsegna ämnen sorteras bort i en körtel bakom bröstbenet kallad tymus – så kallad central tolerans. En annan mekanism är att T-celler behöver få en dubbel signal för att aktiveras, utan den förblir de inaktiva. Den tredje – den som priset handlar om – är dämpning.
– Även friska individer bär på potentiellt farliga självreaktiva celler men deras aktivering kontrolleras av regulatoriska T-celler.
Utan dessa celler uppstår autoimmuna sjukdomar, som drabbar åtta procent av befolkningen – antingen i enskilda organ, eller som sjukdomar som påverkar flera samtidigt, som SLE eller ledgångsreumatism.
Bekräftade hypotes om självreaktiva T-celler
Två japanska patologer visade att om tymus på späda möss tas bort dag tre efter födseln får de autoimmuna sjukdomar. Tidpunkten är avgörande. Shimon Sakaguchis hypotes var att det redan under fosterstadiet bildas självreaktiva T-celler, men dag tre börjar det tillverkas regulatoriska T-celler.
Runt dag sju finns tillräckligt många för att upprätthålla ordningen – även om tymus tas bort.
Genom en serie experiment visade han att dessa T-celler bar på en särskild ytmarkör kallad CD25.
Shimon Sakaguchi resonerade kring central och perifer tolerans, där forskarna ser att T-celler som reagerar starkt på kroppsegna antigen tas bort, medan de med medelstark affinitet kan utvecklas till regulatoriska T-celler. T-celler med låg affinitet kan lämna tymus och hållas i schack, sammanfattade han.
Tre forskargrupper förenade kring en markör
År 2001 publicerade de båda andra pristagarna nya resultat om en gen kallad FOXP3. Om den var skadad kunde detta ge medfödd autoimmunitet hos möss och människor. Därefter kunde tre forskargrupper visa att just FOXP3 är en specifik markör för regulatoriska T-celler.
Shimon Sakaguchi förklarade att det går att ta fram nya behandlingsstrategier genom att aktivt öka eller minska antalet regulatoriska T-celler och gav ett exempel på det: Att ta bort regulatoriska T-celler hos möss gör att tumörer stöts bort och att de utvecklar immunologiskt minne mot tumörceller. På liknande vis kan förstärkt funktion möjliggöra tolerans vid transplantation. Regulatoriska T-celler är därmed redo att användas kliniskt.
Shimon Sakaguchi avslutade med att tacka alla som bidragit i arbetet: hustrun Noriko, ”min partner i livet och min forskningskollega”, mentorer, kollegor samt finansiärer.
Mary Brunkow: Upptäckten av FOXP3-genen har öppnat ett helt forskningsfält
Mary Brunkow inledde med att hylla de mentorer som styrt in henne på forskarbanan och format hennes förmåga att tänka kritiskt men samtidigt behålla ett öppet sinne inom forskningen och i livet.
– Och jag är lyckligt lottad som får föreläsa direkt efter världens ledande expert på immunologisk tolerans, sa hon.
Berättelsen handlar om den mus som gjorde att hon och Fred Ramsdell fann FOXP3-genen. År 1943 grundades Oak Ridge National Laboratory under Manhattanprojektet. Förutom att utveckla atombomben forskade man även om strålskador och byggde upp en stor samling musmutanter.
– År 1949 fann de en spontan mutation, alltså inte orsakad av strålning, som fick namnet ”Scurfy”, sa Mary Brunkow.
Ordet scurfy betyder ”skorvig” eller ”fjällig” på engelska. Mushannarnas hud fjällade, de var magra och hade förstorade lymfknutor, mjälte och lever. Sjukdomsbilden berodde på ett överaktivt immunsystem och att bara hanar drabbades kopplade mutationen till X-kromosomen.
Musen var en lovande modell för autoimmun sjukdom. Det som saknades var sätt att analysera gener, men på 1990-talet hade det skett en explosionsartad utveckling av molekylärgenetiska teknologier.
Hitta hem åt mössen
År 1994 började hon på ett nystartat bioteknikföretag där målet var att använda genetik för att hitta mål för nya läkemedel och scurfy-musens mutation var en intressant utgångspunkt. Forskning hade visat att den fanns någonstans i mitten av X-kromosomen.
– Jag tänkte att vi kunde fortsätta låta mössen göra jobbet och minska målområdet ytterligare med nya genetiska kombinationer.
Haken var att husera mössen, där lösningen blev en städskrubb med en vask där mössens burar installerades.
Mutationen i sista genen
Det fanns inga kompletta genkartor men på olika håll pusslade forskare ihop hur gener såg ut och i sin forskning kunde hon använda olika bioinformatoriska verktyg.
Till slut hade sökområdet krympt till 20 kandidatgener. En efter en jämfördes de med motsvarande gen hos friska möss. Mary Brunkow visade en bild från en kollegas anteckningsbok, där den allra sista genen är inringad.
– Här fanns mutationen, i en tidigare okänd gen som fick namnet FOXP3.
Kliniska genetiker kände sedan tidigare till att småpojkar kunde födas med en autoimmun sjukdom kallad IPEX.
I patientprover fann forskarna dussintals mutationer i FOXP3-genen. Typen av mutation påverkar sjukdomens svårighetsgrad och Mary Brunkow framhöll att det idag är rutin att sekvensera genen för diagnos och prognos vid IPEX.
Forskning ett lagarbete
FOXP3-genen utgör mall för en transkriptionsfaktor, ett protein som styr vilka gener som ska vara aktiva. På temat läkemedelsutveckling pekade hon på att ett sjukdomsrelaterat protein inte alltid är möjligt att använda som mål.
– FOXP3-proteinet är ett exempel. Att det finns inne i cellkärnan gör det svårt att nå med små molekyler eller antikroppar. Men upptäckten av genen öppnade ett forskningsfält och har lett till förståelse av immunreglering och hur man i behandlingssyfte kan styra regulatoriska T-celler.
Hon betonade att forskningen varit ett lagarbete.
– Några veckor efter att priset annonserats skickade vi mejl till alla före detta anställda vi kunde hitta, och ordnade en spontan återträff på en bar i Seattle. Många dök upp, och entusiasmen och glädjen var stor, avslutade Mary Brunkow.
Fred Ramsdell: ”Nobelmuseet är så nära Nobelpriset jag kommer att komma”
Fred Ramsdell beskrev sitt besök på Nobelmuseet, som varje år visar klänningar – en för varje pris – skapade av elever på Beckmans designskola. När han såg medicinklänningen bakifrån skönjdes ett mönster som bara en sann T-cellsnörd skulle lägga märke till:
– Formen såg exakt ut som en T-cellsreceptor som binder en MHC-molekyl! Jag blev imponerad – även modedesigner i Stockholm verkar kunna en hel del immunologi, sade han.
Han arbetade på samma företag som Mary Brunkow och när de fick Scurfy-mössen från Oak Ridge var mössens immunsystem ”hyperaktiva”.
– När vi sedan gjorde transgena möss som hade den friska FOXP3-genen reagerade cellerna mindre – ju mer av det normala proteinet som fanns, desto mindre respons. Det verkade fungera som en regulatorisk dimmer för immunsvaret.
Lämnade över till forskarsamhället
Han betonar vikten av att som forskare ha fel – och att erkänna det.
– Jag trodde länge att FOXP3-genen inte kunde vara orsaken till scurfy-mössens problem, eftersom den verkade uttryckas på låg nivå i alla vävnader. Jag hade fel förstås. Regulatoriska T-celler finns i alla vävnader och sköter lokal immunitet och homeostas, säger han.
– Vi bestämde oss för att publicera och låta forskarsamhället jobba vidare med frågan, säger han.
Men i slutet av 2000-talet fann en forskargrupp hur mänskliga regulatoriska T-celler kunde renas fram ur blod. År 2019 startade han ett företag inriktat mot läkemedel vid autoimmunitet.
– Varför inte utnyttja de mekanismer som kroppen evolutionärt tagit fram, frågar han retoriskt.
Valet föll på att behandla ledgångsreumatism, med ett angreppssätt lånat från cancerområdet. I korthet går det ut på att skörda regulatoriska T-celler från patientens blod och på laboratoriet förse cellerna med en målsökande antikropp som gör att de hittar till inflammerade leder. Sedan odlas cellerna upp och ges tillbaka till patienten.
Mål att återställa immunbalansen
– Hittills har sex patienter fått behandling inom en studie för att testa säkerhet, där resultaten efter 24 veckor är preliminära men lovande, säger Fred Ramsdell och fortsätter:
– Vi vill inte bara behandla symtom utan målsättningen är att återställa immunbalansen hos patienter och i bästa fall bota sjukdomen. Det är ett högt ställt mål, men inte omöjligt.
Hans sista bild visade ett foto från ett Sverigebesök 2002, där han i Gamla Stan syns stå framför en liten husvagn med texten ”Nobelmuseet” tryckt på sidan.
– Jag skojade och sa att: “Det här är så nära Nobelpriset jag någonsin kommer att komma.” Uppenbarligen hade jag fel även där, avslutade Fred Ramsdell.